关于市政道路照明设计及节能策略分析

北海市城市照明管理处 马成翠

在城市建筑中，路灯是重要的照明设备，路灯可帮助人们在夜晚进行正确的行车指示，防止交通事故的发生。对于灯光系统来说，除了要达到灯光的功能要求外，更要达到节电的目的，使灯光进入到节能的范畴。因此，在现阶段，道路照明系统应结合节能设计的思想，以实现可持续发展。本文以某市为例，对城市道路照明的现状进行了分析，讨论了市政道路的照明设计和节能措施。

1 城市道路照明工程设计与节能概述

在城市道路上安装照明系统，其主要目标是为了在夜间或视线较差时，为保证行车的舒适性、安全性、减少交通事故、保护人民的生命财产安全，对提高行车安全性具有重要意义。另外，根据相关研究，路灯也能从某种意义上降低城市交通事故的发生率，增强城市交通的和谐。照明的设计应使半柱体表面的照明达到标准要求，这有助于及时发现可能存在的安全隐患[1]。

关于照明系统的节能问题，应在设计时考虑到节能的问题，所以在进行道路照明系统的设计时，应先对道路的性质进行分析，了解道路的特征，对道路交通量、行人量展开系统的分析和估算，还应对照明系统的能量消耗规律有一定的了解，只有在了解了这些因素之后，才能决定路灯的合理间距、数量和光源的类型。路面照明系统的设计应建立在对车辆和行人的估计量进行系统分析，以及对能耗标准的了解之上。为了满足路灯系统设计的要求，作为一名设计师，不仅要有敬业精神，还要有专业素养，保证路灯照明充足，尽量减少能源消耗，此外，还应保证维修方便，降低维修成本。

2 市政道路照明设计

路灯布置。在进行道路照明设计时，应充分考虑其布置形式及间距。路灯之间的间距：路灯间距的定义主要是基于道路水平、道路宽度和城市道路绿化带的高度。路灯之间的间距是基于道路水平、道路宽度和绿化带的高度。传统的布局方式包括单面、对称双面、交错双面、水平悬挂和中心对称；传统的布局方法包括单面、双面对称、双面交错、横向悬挂和中心对称。在满足照明需求及统一的前提下，设计者要严格按照城市道路照明设计规范进行设计。针对不同形式的路面构造，进行照明布局的选择。

供电电压。城市道路照明用交流电源为380V/220V。10kV 市电在公路、路口设置一座箱形变电所，并将其降低为380V 交流电，供市区公路路灯使用。通常情况下，每1.6～2km 就有一座箱形变电所。

采用新型灵活布线方式。在电力系统的电力系统中，设计者需要对电力系统的工作环境有一个全面地认识。不但要确保变压器的容量足以应付全部的电力需求，同时也要为将来的道路照明预留出一定的供电线路。另外，在布线过程中，也要考虑到已有的电力设施。一般选用4+1芯的YJHLV-1KV系列低压4+1芯电缆，选用聚乙烯管材作保护套管，直接埋于永冻土之下。

3 关于市政道路照明电气节能设计的策略

3.1 确定光照标准

在制定照明规范时，首先要做的就是搜集有关的资料。当道路的类型被确定后，需要了解特定的路面状况，例如反光以及路面的宽度。路面上有更多的反光，人的视力会更好。可见，光度虽不能直接说明人的视觉感受，但对路面光度有重要影响。路面的光度与路面的材质有较大关系，路面的面漆材质必须根据国家现行国家标准CJJ45—2015《城市道路照明设计标准》对其进行了规范。我国城市道路有很多种：高速公路、国道、次干道以及背街小巷，表1显示了各类型道路照明的分类。在制定照明标准时，应根据实际情况对桥梁、隧道、弯曲路段等进行相应的调整。

表1 机动车道照明标准值路面亮度

3.2 灯杆高度设计

根据理论上的车行道宽度，单侧路灯设置的有效宽度等于道路的实际宽度，减去道路悬挂的长度。如果是双侧布置，则其有效宽度为实际宽度减去两侧悬挂的部分。若中心隔离带为对称，则该有效宽度为其实际宽度。灯的排列有很多种，包括单向照明、双向照明和对称照明。单行道的布置是针对次级干道和居民区的布局，而主干道和次级干道的布局都可采用其他布局。

为防止高速公路、国道等路段产生令人讨厌的强光，CJJ45-2015《城市道路照明设计标准》中的截光式照明，二级路段采用半截光型照明。与此同时，灯具、灯杆及其他配套设备，在防震、防水、防尘等方面也要加以考虑。通常采用6～12m 高、2m 长、倾斜角度不大于15°的灯具。在设计中，应根据具体情况，选择合适的灯光形式，并对路灯杆的高度、间距进行适当的设置。

3.3 光源选择

在城市道路照明中，高压钠灯、发光二极管等光源被广泛使用。将高压钠灯用于城市照明，不仅可以降低投资，而且可以提高RA 显色指数。LED 拥有其小尺寸、可调光、能聚焦、定向、耐用、节能、抗震等优点，但成本较高，散热效果不佳。针对目前的市场情况，通常使用高亮度的光源来进行高亮度的照明，但也存在一些问题，比如亮度太高、光照质量不佳。因此，在研发LED 照明产品时，必须针对不同的安装场所和需要，选用合适的LED 照明产品，才能有效地延长照明设备的使用寿命，提升照明设备的亮度。

3.4 对供电线路和管道进行供配

在普通照明线路中，三相四线供电是常用的供电方式。连接时，每根灯杆都可以按照A、B、C 三种不同的方式进行安装，并且可以很好地平衡功率负荷。在制定线路图时，除依据设计者的设计经验外，还应该把其他的用电负荷，临时的应急电源、临时的灯光、临时的指示灯及指示牌等都要考虑进去。为了使城市的可持续发展得到充分地考虑，所有的要素都是必需的。此外，还要考虑到照明线路周围的环境因素。电力电缆可选用铜芯的塑料绝缘电缆，既能确保导线的走线，又能对其进行更好地保护。一般情况下，在城市地下公路建设中，不可对其进行改建，可采用敷设保护管线的方式。

3.5 选择高性能的镇流器

压电开关用于限制放电灯的工作电流。用一种适合于灯泡种类和特点的镇流器，把一种适合于放电灯的引燃电路串接起来，使引燃灯泡具有较高的引燃电压，使灯泡在一定的时间内保持一定的电流范围。目前，市面上使用最多的有电感镇流器，其中电感镇流器有节能式和传统式两大类。城市道路照明需要200～450W 的电能，其中电子镇流器、节能电感镇流器耗电量约占全照明总能耗的8%，而传统电感镇流器耗电量约为11%和18%。

3.6 确定市政道路照明系统的功率密度

在城市道路上，灯光强度是一个重要的概念，其基本意义是：灯光强度是城市道路上灯光强度的一个重要指标。要根据城市道路的特定功能和位置来确定城市道路照明系统的功率密度，也可根据车道数进行整体调整。国道快速路由于车速较快，通常有六条双车道，因此功率密度应高于30Lx；国道交通压力较大，六个双向车道，为确保行车安全，其能量密度为30～20Lx；对主干道构成的压力较小，四车道公路的功率密度可控制在20～15Lx，四车道以下公路的功率密度可控制在15～10Lx。研究成果将为提高城市道路照明效率提供理论依据，为我国城市发展提供科学依据。

4 市政道路照明电气节能方法

4.1 根据时间调整照明系统的开闭

一般来说，城市道路的照明系统是由每条道路两边的一列路灯构成的，除了必需的夜间照明效果之外，为了能及时地调节照明系统的开关，可以让道路两边的路灯交替熄灭，或者只熄灭其中一个路灯。在设计市政道路节能照明时，在夜晚交通流量不大的中小城市，要结合城市的实际照明需要和居民的生活习惯。

4.2 关闭双光源灯具的一个光源

在市政道路两侧的照明系统中，可采用双光源灯具，结合夜间市政道路上的车辆运行状况，可关闭其中一个光源，这样能最大限度地维持市政道路表面照明的均匀性，两个光源能够将市政道路照明系统的照明和亮度分为两个不同的水平，从而方便了管理。但是，由于使用两个光源，会使照明设备和镇流器的维护成本，以及光源和照明设备的投资等都有所增加。所以，在城市道路照明中，要根据城市道路照明的具体要求来选用双光源。

4.3 利用控制器调节镇流器运行参数

双动力镇流器主要包括两个部件：一个是控制部件，另一个是控制部件；现在的市场主要有电子镇流器和电感镇流器；这种双电源镇流器也叫变功率镇流器。功率镇流器的控制方式有两种，一种是集中式控制方式，另一种是定时控制方式。该时控器的镇流器可在城市道路照明的条件下进行调节。集中式控制系统的镇流器，操作参数应保持一致。该控制器通过调节其电感，实现对其有功、无功功率的调节。

4.4 合理安排运行时间

如果路灯放置在两侧，应避免选择一侧路灯关闭的方法，这种方法虽然可以灵活、容易控制、经济，但照明均匀度低。采用双光源灯具的道路可以在出行需求低的时候关闭一个光源，这样更容易管理，也可解决照明均匀性问题。有些地区选择微机时间控制，结合具体的日出日落时间考虑，明确开启和关闭光源的合适时间。

但由于受气象光照因素的影响，开关时间有明显差异，容易出错，效率也不高，因此要逐步放弃这种方法，采用集中遥控、智能控制，进一步提高效率。在实际工作中，根据季节变化、地理位置，调整灯光的开关时间，采用时间控制、灯光控制相结合的手段，以15Lx 自然光为标准来开灯，同时积极建设智能控制系统、利用计算机信息技术实现远程监测，远程控制路灯运行，实时监控故障问题，达到科学管理的效果，进一步完善系统，从长远来看也有利于节能环保。

4.5 减少照明线路的无功损耗，减小供电半径

目前，城市路灯中有相当一部分是感性负载，在电力供应过程中，除了有功之外，还要有无功。当无功电流流经一条线时，在一根线上存在一种电阻，这就导致了电力损耗，其后果是：一是功率因子小，需要更多的电能，压降高；电能损耗增大，因感应负荷而造成无功电流和电力损失，造成了电压下降，从而使路灯的亮度下降，从而不能确保照明的质量；对电力费用的影响（低）。

为此，电力规范对用户提出了有功功率在0.9～0.95的要求，并对其进行了必要的电容补偿，使无功功率损失降到最小，也就是增加了功率因数。通过引入移相电容群，并考虑负荷的增减，提高了系统的功率因数。为使功率源与补偿电容器组相连，建议采用三角形接线的方法。应使用自动化控制，即通过控制器按不同的感性负荷的功率因数，将输入和输出电容按一定的顺序依次进行组合，保证总的功率因数为0.95以上，从而提升感性负荷的滞后特性，实现节能。

二是可通过合理选用照明变压器容量、增加变压器负荷比（75%～80%）等方式，来改善装置的自然功率因素。变压器的长期负载率在30%以下时，必须予以替换。另外，为保证灯丝电压的稳定性，在灯丝上增设节能器，可自动调节电压。如果电压太高，会对灯具的使用寿命造成不利影响，还会造成用电浪费；如果电压太低，就不能确保照明品质。如果安装了这个节能器，不仅可以自动调整电压，同时其也能保证灯泡工作在规定的电压范围内，并有良好的节能效果。减小供电范围，可降低压降。在同样的负载条件下，可减小空气管道横截面，节省投资。